科技名刊精选

Nature

对BRISC-SHMT2组装的代谢控制可调控免疫信号传导

Nature封面：复杂的关系。Nature杂志第7760期封面文章报道了人BRISC-SHMT2复合体的冷冻电镜结构，分辨率为3.8埃，并揭示出维生素B6在控制复合体组装和免疫信号传导功能方面具有意料之外的作用。BRISC有一个基底（黑色）和两个臂（蓝色），呈U形结构。SHMT2（橘红色）则连接两臂并阻断BRISC的活性位点，抑制其酶活性直到抵达特定靶点。PLP激活SHMT2可以阻止其与BRISC形成复合体。细胞内PLP水平上升会减少BRISC-SHMT2之间的互作和炎症信号传导，揭示了维生素B6代谢与免疫响应控制之间有着直接联系。

拓扑超导态中源于克莱因佯谬的完美安德烈夫反射

Nature封面：运动的自由。Nature杂志第7761期封面文章报道了电子完美传输通过普通金属与拓扑超导体间接触势垒的证据，即克莱因隧穿效应。克莱因隧穿效应是一种相对论效应，它指的是粒子可以穿过两种材料之间的势垒——如同势垒根本不存在。电子（金色球体）隧穿通过势垒后会与一个配对电子结合，形成库珀对（见封面图片的隧道远端）。这样一来，带负电的空穴（黑色球体）会从势垒反射回来。通常情况下，势垒处存在部分电子散射，抑制这一过程。但是在有拓扑超导体的势垒处，电子散射完全被抑制。

可实现无缆飞行的微型扑翼飞行器

Nature封面：新型飞行器。Nature杂志第7762期封面文章报道了RoboBee X-Wing，一款能够实现无缆飞行的昆虫大小的飞行器。让重于空气的物体飞行非常耗能，无论该物体大小如何。超小型飞行器的飞行难度尤其大，因为需要将轻量型组件整合起来以提供必不可少的电子器件和推进力。因此，大部分昆虫大小的飞行器在飞行时都需要系绳连接外部电源。RoboBee X-Wing自重仅90毫克，靠两个压电制动器驱动四个扑翼，同时搭载一个60毫克的光伏阵列和一个91毫克的信号发生器，其推力效率与体积相似的昆虫相当。

两种性别的秀丽隐杆线虫的完整联结图谱

Nature封面：秀丽隐杆线虫。Nature杂志第7763期封面文章报道了模式生物秀丽隐杆线虫两种性别的完整神经联结图谱。这些神经图谱（或称联结图谱）根据最新的和已发表的电子显微图像绘制而成，涵盖了秀丽隐杆线虫从感觉输入到终器输出的所有联结，并对1986年一项研究做出了更新。这些神经图谱可以让研究人员确定每个突触的位置，并根据其物理大小间接测量每个联结的强度。研究团队对雄性和雌雄同体的线虫进行了直接比较，估计约有30%的联结在强度方面存在显著的性别差异。两个联结图谱有助于确定控制线虫行为的神经环路。

（本页期刊封面图来自Nature官网）

Science

反刍动物的基因组研究

Science封面：南非林波波省马普古布韦国家公园，雌性剑羚(学名Raphicerus campestris)。Science杂志第6446期封面文章报道了反刍动物的基因组，以确定构成它们多样化和在进化中茁壮成长能力的具体特征。反刍动物，是世界上分布最广的食草哺乳动物谱系之一。反刍动物是具有重要的农业、生态和生物医学意义的哺乳动物，是哺乳动物中最多样化的群体之一。这一分支现存的大约200个物种，包括传统的牲畜，如牛和羊，濒临灭绝的物种，如麋鹿或麋鹿，以及具有生物医学价值的物种。

产生具有时变轨道角动量的极紫外光束

Science封面：一对延时涡旋激光脉冲(红色)相干地向上转换成具有自扭矩的极紫外(EUV)涡旋脉冲(青色)。这一特性表现为轨道角动量(OAM)的平稳、短暂增加(由EUV光束的空间扭曲频率表示)，从低OAM(右上)到高OAM(左下)发展。Science杂志第6447期封面文章报道了结构光束可以作为涡旋光束携带光的角动量，被用来增强光通信和成像。科学家们通过高次谐波的产生过程，对两束轨道角动量不同的入射延时涡旋光束进行干涉，产生动态涡旋脉冲。这种动态涡旋脉冲可能被用于在超快时间尺度上操纵纳米结构和原子。

RNA引导的DNA插入与CRISPR相关的转座酶

Science封面：RNA引导的DNA插入与CRISPR相关的转座酶。Science杂志第6448期封面文章报道了细菌CRISPR系统研究进展。这是一种适应性免疫防御机制。一种新的CRISPR亚型现在被转座子增选，以实现其插入基因组的目标区域。这种功能强大的CRISPR-Cas12k系统可以通过编程实现精确、高效的靶向基因插入，在基因组编辑应用中具有巨大的潜力。科学家使用了来自蓝藻细菌Scytonema hofmanni (ShCAST)的CRISPR相关转座酶。ShCAST将DNA整合到大肠杆菌基因组的目标位点，频率高达80%，没有阳性选择。

更强壮的人造肌肉

Science封面：人造肌肉。Science杂志第6449期封面文章报道了加热后，由热塑性塑料和弹性体层组成的应变可编程纤维人造肌肉驱动一个微型打印手臂，举起一个重量为自身重量650倍的哑铃。这些以纤维为基础的肌肉，长度为数百米，在力量和横向尺寸方面高度可调，因此可能为机器人和假肢制造提供机会。人体有600多块肌肉，负责心跳、面部表情和运动等功能。可以通过直接使用电能、热能或化学能来产生运动并实现更普遍的自动化，扩大对模拟肌肉的执行器的使用。科学家们分别描述了新型纤维状人造肌肉，并利用了扭曲和卷曲几何结构的力学优势。

（本页期刊封面图来自Science官网）

生态环境

亚热带森林群落生物多样性维持机制研究

中国科学院植物研究所马克平研究团队致力于亚热带森林生物多样性研究。最新研究成果发表于Science。研究人员对浙江省开化县古田山24公顷样地内连续9年幼苗存活监测数据进行了分析，基于邻居效应模型，发现同种密度制约的强度主要受植物菌根类型影响，丛枝菌根植物更易受到同种邻居密度限制，而外生菌根植物邻居却能够保护异种个体免受同种密度制约的影响。随后，研究人员通过选取34个物种320个植物个体，利用分子生物学技术对植物根际土壤真菌群落组成进行测定发现，在树木生长过程中，植物累积病原真菌和外生菌根真菌的速度在物种间存在显著差异，并呈显著负相关。

亚热带常绿阔叶林（图片来源于中国科学院植物研究所网站）

同种密度制约与病原真菌（A，C）以及外生菌根真菌（B，D）累积速度的关系（图片来源于中国科学院植物研究所网站）

渤海褐潮原因种历史溯源和生物地理学研究进展

中国科学院海洋研究所唐赢中研究员课题组在渤海褐潮原因种的历史溯源和生物地理学研究方面开展研究。研究论文发表于Molecular Ecology。研究聚焦自2009年以来对我国渤海海域贝类养殖业和生态系统造成巨大损失的褐潮，首次证实了褐潮原因种抑食金球藻在其生活史中存在休眠体阶段且可在海洋沉积物中长期存活，并发现该藻不仅在渤海海域至少已经有1500年的存在历史，而且其分布范围覆盖南起南沙群岛，北至北戴河、丹东的中国四大海域自近岸养殖区到3450米水深外海的广泛海域，从而否证了褐潮可能是“外来种入侵引起”的假说，对深入研究褐潮成因和其一般生态学过程具有重要意义。

《巴黎协定》下碳市场机制规则制定中的双重计算问题研究

清华大学核研院段茂盛研究员与德国应用生态研究所等机构的研究者合作分析了避免碳市场中的双重计算对于实现《巴黎协定》目标的重要性，提出了《巴黎协定》下碳市场规则制定中应该遵循的原则。研究论文发表于Science。文章分析了碳市场中双重计算的各种可能来源，指出双重计算可能导致全球的减排努力被高估数十亿吨二氧化碳当量，严重影响《巴黎协定》目标的实现和各方对碳市场的信心。除了因利益差异而导致的各方政治立场差异外，《巴黎协定》下的双重计算风险还来自各方减排目标形式的多样性、覆盖范围的多样性、目标年份的多样性等多个技术方面。

中亚黄土沉积速率的变化机理研究

中国科学院地球环境研究所一带一路气候环境中心中亚黄土研究组宋友桂研究员等通过对我国新疆伊犁地区黄土记录的末次冰期以来的沉积速率变化研究，揭示了该地区MIS3阶段（56-28ka）粉尘通量的变化机理。研究论文发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres。中亚地区是世界主要的粉尘源区之一，沙尘暴灾害频发，不仅影响该地区生态环境可持续发展，并对当地居民的生活和健康产生了危害。对该地区粉尘排放的变化特征及其对气候变化的响应机制的研究至关重要。黄土是典型的风成沉积物，是古粉尘堆积的产物，研究黄土的沉积过程与变化规律有利于充分认识当前粉尘释放、搬运与沉降的作用机制。

生态环境

揭示水生植物浮萍的进化和环境适应新机制

上海交通大学王文琴副教授团队课题组与合作者利用三代PacBio单分子测序技术拼装出高质量的浮萍基因组，并揭示了浮萍根系功能和水生植物适应环境的新机制。研究论文发表于PNAS（美国科学院院刊）。与陆生植物不同，浮萍不需要强烈依赖根系吸收营养，被液体包围的植物组织可代替完成根的营养吸收，从而导致浮萍根的退化。浮萍的根系主要是不定根且功能发生明显的退化。异于陆生植物的免疫系统，编码抗微生物肽等抗病基因串联重复扩增且组成型表达，与浮萍中24nt siRNA低水平表达相一致，从而增强了浮萍对病原体和微生物的抗性，增强了其对水生环境的适应性，间接佐证了浮萍可以全球分布的优良特性。

浮萍根组织结构退化和根发育相关基因丢失（图片来源于上海交通大学新闻学术网）

水生植物浮萍（图片来源于上海交通大学新闻学术网）

气候变化已经降低了中国湖泊对有机污染物的埋藏能力

中国科学院南京地理与湖泊研究所陶玉强副研究员等发现气候变化已经降低了中国湖泊对有机污染物的埋藏能力。研究论文发表于Environmental Pollution。文章以我国东北、西北、华北、西南、长江中游及长江下游9个典型湖泊（呼伦湖、博斯腾湖、白洋淀、抚仙湖、涨渡湖、朱婆湖、龙感湖、巢湖及太湖）及多环芳烃为例，通过沉积物岩芯中多环芳烃沉积通量、流域内多环芳烃历史排放通量、流域内温度及降雨量等历史气象参数、湖泊历史水质参数、湖泊有机碳埋藏通量等综合分析，发现了1951年至2017年期间气候变化引起的地表风速降低、气温升高及降雨天数减少已经使中国湖泊对16种多环芳烃的埋藏能力降低。

全国湿地生态系统格局与保护研究进展

中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室欧阳志云研究组在全国湿地生态系统格局与保护研究方面取得进展，分析了全国湿地的现状与变化趋势，探讨了“零净损失”作为湿地保护目标的不足，并提出了全国湿地保护恢复的建议，相关论文发表于Current Biology。论文指出2000年至2015年间，我国大陆地区新增湿地2.76万平方公里，主要分布在西北、青藏高原和西南地区；同时丧失湿地2.61万平方公里，主要分布在东北、华北平原、长江中下游地区，以及东部沿海地区。湿地新增面积大于丧失面积，因此总面积增加了0.15万平方公里，全国湿地丧失的趋势得到初步遏制。

全球森林降温研究进展

广东省科学院广州地理研究所苏泳娴副研究员联合中山大学大气科学学院陈修治副教授等构建模型，系统评估了全球森林降增温的季节动态和空间格局。研究论文发表于Environment International。该研究重点考虑林下空气层对热传输的影响，通过拆分林下能量垂直传输过程，创新性构建了能够快速精确模拟林下气温的3层能量传输模型——“林冠层—林内气温层—林下土壤层”CAS模型。进一步研究发现，高纬度森林夏季降温和冬季增温显著，低纬度热带森林以降温为主，季节动态不显著。本底气温和林冠温度是影响森林降增温的两个重要环境因子，太阳高度角和林冠物候变化则主要控制着森林降增温的季节波动。

临床技术

上消化道肿瘤内镜AI辅助诊断系统

中山大学肿瘤防治中心主任徐瑞华研究团队与合作者自主研发出具有完全自主知识产权的上消化道癌内镜AI辅助诊断系统（GRAIDS）。经临床实践数据验证，对上消化道肿瘤的诊断敏感性高达90%以上。研究成果发表于《柳叶刀·肿瘤学》。该系统在深度卷积神经网络的基础上开发出多项创新技术，能够在内镜图像部位多、疾病种类多、癌变表现多样化情况下实现高准确性，能够在高度复杂人—机协同的临床实操环境中实现稳定的预测；同时该系统的速度非常快，一台配置单GPU卡的普通服务器即可达到每秒118张图像的处理能力，处理延时低于10ms。

多中心人工智能内镜辅助诊断云平台的三大功能——指导诊断、专业培训和开放共享（图片来源于中山大学肿瘤防治中心网站）

GRAIDS在基层医院的推广应用情况（图片来源于中山大学肿瘤防治中心网站）

微型“血栓探测器”

南京理工大学化工学院冯章启教授课题组研制出微型“血栓探测器”，相关成果近日发表在《美国化学学会·纳米》。科学家把一块特殊的生物材料，制成仅有正常血管十分之一厚的柔性传感器，将其贴在血管或心脏周围，就可在体外设备清晰记录血栓形成初期、中期和末期全身血压的细微变化，精准确定血栓位置。采用的一种厚度仅有200微米的高效柔性纳米纤维材料，能够精确感受压强变化，再以电压形式表现出来。这种材料具有优异的稳定性、敏感性及生物相容性，基于此设计制造了一种柔性植入式压力传感器，并在动物实验中将传感器植入到成年猪的外周血管和心脏部位，获得了实时、精准的血压变化信号。

食管癌精准防治策略研究

北京大学肿瘤医院柯杨教授团队构建了食管病变进展的个体化风险预测模型，证明了内镜下“碘染色异常特征”对早期低级别病变进展为高级别恶性病变的重要预警价值。研究成果发表于Clinical Gastroenterology & Hepatology。基于正在进行的ESECC大型人群随机对照研究，利用基线筛查、阶段内镜复查及长期纵向随访数据，创新性地联合基线“内镜下碘染色异常特征”与“病理诊断”两大因素以及丰富的流调数据，建立了“食管病变进展风险预测模型”，定量评价了碘染色特征在食管病变进展风险早期预警中重要的独立作用，实现了进展风险评估的精准化与个体化，使得有针对性地制定筛检后复查策略成为可能。

新型手持等离子体射流源

电子科技大学电子科学与工程学院物理电子系傅文杰副教授等人，成功研制出新型可手持等离子体射流源。相关论文发表于《应用物理快报》。等离子体可运用于癌症治疗、皮肤表面处理、杀菌消毒等领域，如运用等离子体止血，高能粒子瞬间使破损皮肤结痂，达到精准、微创的治疗效果。研究人员采用微波激发等离子体，通过为等离子体射流源内部和喷射口设计特殊结构，使低温等离子体射流在没有约束管道的条件下，可以稳定地在大气中存在，射流长度超过2cm，并通过实验优化结构参数，实现了器件的高效率、小型化和易操作，这大大拓展了大气压下低温等离子体射流的应用场景。

可生物降解热示踪的超长纳米线增强导电、抗菌及抗癌的纳米复合弹性体研究

西安交通大学前沿科学技术研究院雷波课题组基于生物活性分子柠檬酸设计制备了一种超长硫化铜纳米线增强的聚硅柠檬酸酯杂化医用材料，该材料具有明显弹性/抗菌/抗癌/导电/抗炎等多功能特性，研究成果发表于《生物材料》。研究人员结合临床需求，把超长硫化铜纳米线通过超分子作用、如氢键和疏水作用，实现了与聚硅柠檬酸酯的有效杂化和组装。在此杂化材料中发现，硫化铜纳米线有效增强聚硅柠檬酸酯的弹性力学性质、抗菌、光热抗肿瘤及导电能力，聚硅柠檬酸酯赋予植入材料黏弹性、光致发光、抗炎生物活性等功能，最终制备了一种超长硫化铜纳米线增强的聚硅柠檬酸酯杂化医用材料。

多功能生物活性聚硅柠檬酸酯基杂化医用材料制备与性能展示图（图片来源于西安交通大学前沿科学技术研究院网站）

用于癌症治疗的新型纳米材料

上海交通大学材料科学与工程学院、金属基复合材料国家重点实验室陶可副研究员、孙康教授研究团队及其合作者研究低剂量纳米药物对肿瘤的高效治疗。研究论文发表于Nano Letter。论文报道了基于稀土上转换纳米粒子的一步直接合成的多功能纳米组装体，在结构和制备简单的前提下，同时满足高药物负载、杀伤高耐药性的干性肿瘤细胞、在肿瘤组织中快速渗透且均匀分布、大量定位于肿瘤细胞内部等不同层次需求，从而实现了在极低剂量用药情况下的肿瘤完全消除且不复发，为纳米材料在癌症的高效治疗、安全用药及临床转化提供了研究基础。

揭示铁基纳米酶广谱抗流感病毒机制

扬州大学兽医学院教授彭大新课题组与转化医学研究院教授高利增课题组的最新合作成果。他们发现并揭示了铁基纳米酶通过模拟酶催化反应灭活流感病毒的作用机制，这有望为流感防控提供“新利器”。研究结果发表于Theranostics（诊疗学）。A型流感病毒是十分重要的人兽共患病病原，可引起人和多种动物的感染和发病，是多次引起流感大流行的罪魁祸首。铁基纳米酶与流感病毒颗粒接触后，通过酶促反应高效催化病毒“防弹衣”囊膜发生脂质过氧化，氧化产物进一步瓦解镶嵌于囊膜表面的细胞侵染利器血凝素蛋白和神经氨酸酶蛋白，导致流感病毒结构和功能的破坏，使病毒入侵和复制能力丧失，最终实现灭活病毒的作用。

高果糖饮食促进中枢神经炎症及其干预机制研究

南京大学生命科学学院孔令东教授团队在高果糖饮食促进中枢神经炎症及其干预机制研究方面取得进展。研究成果发表于Microbiome。过量果糖摄入可引发多种疾病如胰岛素抵抗、肥胖症、糖尿病、高血压、非酒精性脂肪肝、肾炎、代谢综合征、中枢神经炎症等。研究证实了肠道菌群失调在高果糖饮食引起小鼠海马神经炎症过程中起关键作用，发现高果糖可减少动物肠道短链脂肪酸生成，并破坏结肠NLRP6炎症小体所介导的固有免疫应答使肠上皮屏障损伤。而补充短链脂肪酸或PPAR-γ激动剂吡格列酮，可显著激活结肠NLRP6炎症小体，逆转肠上皮免疫屏障损伤，从而保护高果糖饮食所引起的海马神经炎症与神经元丢失。